本發(fā)明涉及一種缺陷定量化檢測(cè)方法，尤其是一種應(yīng)用于亞表面缺陷定量化檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,整個(gè)社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的安全運(yùn)行以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高。與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一起并稱為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱的檢測(cè)技術(shù)就有極為重要的應(yīng)用價(jià)值。檢測(cè)技術(shù)中的無(wú)損檢測(cè)更是在航空航天、軌道交通、加工制造等重要領(lǐng)域中有著重大的作用，而高可靠、定量化無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估是目前無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的研究難點(diǎn)也是研究熱點(diǎn)。對(duì)于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)件的有效檢測(cè)與評(píng)估，可使用多種常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法。但對(duì)于亞表面不同位置、尺寸微小、擴(kuò)展角度多樣的復(fù)雜缺陷，單一無(wú)損檢測(cè)方法無(wú)法獲得穩(wěn)定可靠的檢測(cè)信號(hào)。因此，探尋基于多種檢測(cè)方法的綜合集成理論與技術(shù)來(lái)提高缺陷檢測(cè)的可檢出性具有重要意義。超聲檢測(cè)與電渦流檢測(cè)是兩種經(jīng)典的無(wú)損檢測(cè)方式。但兩種無(wú)損檢測(cè)方式各有利弊:當(dāng)缺陷深度較淺時(shí)，電渦流檢測(cè)的可靠性要高于超聲檢測(cè)的可靠性；當(dāng)缺陷深度較深時(shí)，超聲檢測(cè)的可靠性要高于電渦流檢測(cè)的可靠性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有亞表面缺陷無(wú)損檢測(cè)方式的可靠性較差的不足，本發(fā)明提供一種克服單一檢測(cè)方式的局限性、可靠性良好的基于多維數(shù)據(jù)融合思想的亞表面缺陷定量化檢測(cè)方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提供如下的技術(shù)方案：一種基于多維數(shù)據(jù)融合思想的亞表面缺陷定量化檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括如下步驟：1)采用超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)預(yù)估缺陷深度du；2)采用渦流傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)預(yù)估缺陷深度de；3)建立雙曲判別模型：j(du,de)=1-e-θ1(du-θ3)1+e-θ1(du-θ3)-1-e-θ2(de-θ3)1+e-θ2(de-θ3)]]>其中，du和de表示運(yùn)用超聲傳感器和渦流傳感器獲得的預(yù)估缺陷深度，θ1、θ2、θ3表示多維檢測(cè)方式的判別參數(shù)；4)d代表獨(dú)立運(yùn)用超聲傳感器和渦流傳感器獲得預(yù)估缺陷深度，判別過(guò)程如下：①：當(dāng)d偏向于較深的位置時(shí)，即d大于預(yù)設(shè)上限閾值時(shí)，j(du,de)→1，判定超聲波檢測(cè)結(jié)果有效，而渦流檢測(cè)結(jié)果無(wú)效；②：當(dāng)d偏向于較淺的位置時(shí)，即d小于預(yù)設(shè)下限限閾值時(shí)，j(du,de)→-1，判定超聲波檢測(cè)結(jié)果無(wú)效，渦流檢測(cè)結(jié)果有效；③：當(dāng)d在深度上沒(méi)有特別的趨向時(shí)，即d位于預(yù)設(shè)下限閾值和預(yù)設(shè)上限閾值之間的閉合區(qū)間時(shí)，給出如下的中間不確定狀況均衡模型：G(du,de)=1-e-θ1(du-θ3)1+e-θ1(du-θ3)x+1-e-θ2(de-θ3)1+e-θ2(de-θ3)y]]>其中，G(du,de)表示均衡后的缺陷深度，即檢測(cè)結(jié)果；x與y分別是兩種檢測(cè)方式下獲得的特征數(shù)據(jù)，θ1、θ2、θ3表示多維檢測(cè)方式的判別參數(shù)，通過(guò)最小二乘的計(jì)算方式獲得。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：針對(duì)兩種檢測(cè)方式下的誤差分布特點(diǎn)，提出基于多維數(shù)據(jù)融合思想的亞表面缺陷定量化檢測(cè)方案。運(yùn)用歸一化理論融合數(shù)據(jù)，用最小二乘法估計(jì)雙曲線正切函數(shù)參數(shù)，建立判別模型。渦流檢測(cè)和超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)的量綱存在差異，為了消除指標(biāo)之間的量綱，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化操作。以x表示從超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)；y表示從超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)。對(duì)于一批N個(gè)已知缺陷深度為di(i＝1,2,3,…,N)分別采用超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)為xi，電渦流傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)為yi。本發(fā)明的有益效果為：克服單一檢測(cè)方式的局限性、可靠性良好。附圖說(shuō)明圖1是基于多維數(shù)據(jù)融合思想的亞表面缺陷定量化檢測(cè)方法的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。參照?qǐng)D1，一種基于多維數(shù)據(jù)融合思想的亞表面缺陷定量化檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括如下步驟：1)采用超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)預(yù)估缺陷深度du；2)采用渦流傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)預(yù)估缺陷深度de；3)建立雙曲判別模型：j(du,de)=1-e-θ1(du-θ3)1+e-θ1(du-θ3)-1-e-θ2(de-θ3)1+e-θ2(de-θ3)]]>其中，du和de表示運(yùn)用超聲傳感器和渦流傳感器獲得的預(yù)估缺陷深度，θ1、θ2、θ3表示多維檢測(cè)方式的判別參數(shù)；4)d代表獨(dú)立運(yùn)用超聲傳感器和渦流傳感器獲得預(yù)估缺陷深度，判別過(guò)程如下：①：當(dāng)d偏向于較深的位置時(shí)，即d大于預(yù)設(shè)上限閾值時(shí)，j(du,de)→1，判定超聲波檢測(cè)結(jié)果有效，而渦流檢測(cè)結(jié)果無(wú)效；②：當(dāng)d偏向于較淺的位置時(shí)，即d小于預(yù)設(shè)下限限閾值時(shí)，j(du,de)→-1，判定超聲波檢測(cè)結(jié)果無(wú)效，渦流檢測(cè)結(jié)果有效；③：當(dāng)d在深度上沒(méi)有特別的趨向時(shí)，即d位于預(yù)設(shè)下限閾值和預(yù)設(shè)上限閾值之間的閉合區(qū)間時(shí)，給出如下的中間不確定狀況均衡模型：G(du,de)=1-e-θ1(du-θ3)1+e-θ1(du-θ3)x+1-e-θ2(de-θ3)1+e-θ2(de-θ3)y]]>其中，G(du,de)表示均衡后的缺陷深度，即檢測(cè)結(jié)果；x與y分別是兩種檢測(cè)方式下獲得的特征數(shù)據(jù)，θ1、θ2、θ3表示多維檢測(cè)方式的判別參數(shù)，通過(guò)最小二乘的計(jì)算方式獲得。超聲檢測(cè)原理：超聲波檢測(cè)的物理基礎(chǔ)是質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械振動(dòng)及振動(dòng)的傳播，其原理遵循界面上的反射定律、折射定律、波的疊加、干涉及惠根斯原理等。對(duì)于脈沖反射式的超聲波探傷儀，探頭被激勵(lì)向被檢測(cè)材料發(fā)射超聲波，可以建立反射回的聲音波幅與傳播時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。聲波傳播的時(shí)間可通過(guò)橫坐標(biāo)，即時(shí)基線十分精確的定位，而縱坐標(biāo)的波幅會(huì)因缺陷形狀、分布等原因只能得出缺陷大小的相對(duì)量，用已知標(biāo)準(zhǔn)缺陷對(duì)比來(lái)表示未知缺陷的大小。如果材料中存在缺陷，當(dāng)探頭接收到缺陷反射回的聲波時(shí)，在時(shí)基線上會(huì)呈現(xiàn)出代表缺陷的脈沖波形。按照水平刻度與探測(cè)深度成正比的關(guān)系，缺陷深度d滿足：d=τfTτb]]>其中，τf表示水平刻度，T表示反射時(shí)間，τb表示時(shí)間間隔。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)無(wú)法獲得缺陷形狀對(duì)傳播時(shí)間的影響。只能通過(guò)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)探測(cè)的可靠深度進(jìn)行估計(jì)?；谶@些材料可以確定亞表面缺陷檢測(cè)的特征數(shù)據(jù)和亞表面缺陷深度的關(guān)系為：x＝α1d+α2其中，x表示為超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)，d為亞表面缺陷深度，α1、α2表示為超聲檢測(cè)參數(shù)。參數(shù)α1、α2可以通過(guò)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘的數(shù)學(xué)方式計(jì)算得到。最小二乘的數(shù)學(xué)模型如下：將一批N個(gè)已知缺陷深度為di(i＝1,2,3,…,N)采用超聲傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)為xi代入如下函數(shù)f。minf=Σi||xi-α1di-α2||2⇒∂f∂α1=0∂f∂α2=0]]>利用缺陷回波的時(shí)間和幅值的特征信息來(lái)判斷缺陷深度具有操作方便、定位準(zhǔn)確、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在對(duì)表面和近表面缺陷的檢測(cè)能力較差的缺點(diǎn)。在檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)缺陷深度較小時(shí)，缺陷信息會(huì)被初始回波淹沒(méi)，造成檢測(cè)盲區(qū)。渦流檢測(cè)的原理是來(lái)自于麥克斯韋方程組的推導(dǎo)結(jié)果，根據(jù)導(dǎo)體在交變磁場(chǎng)中會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生渦流的原理而誕生的一種不需要破壞導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方式。通過(guò)導(dǎo)體中感應(yīng)出的渦流反作用于檢測(cè)的磁線圈，通過(guò)對(duì)于電磁線圈中產(chǎn)生的相應(yīng)的阻抗來(lái)計(jì)算出渦流在導(dǎo)體中的大小，相位以及流動(dòng)形式等，從而可以根據(jù)這些信息和標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行對(duì)比得出被測(cè)工件的具體缺陷信息。通過(guò)分析渦流檢測(cè)的原理和局限可以確定以下幾點(diǎn)渦流檢測(cè)的限制條件:由于導(dǎo)體在變化的電磁場(chǎng)中有趨膚效應(yīng)，為了較好地表示趨膚效應(yīng)的程度，把導(dǎo)體從表面到內(nèi)部磁場(chǎng)和渦流密度衰減到表面值的1/e大約(37.6％)處的深度稱為標(biāo)準(zhǔn)趨膚深度。根據(jù)大量現(xiàn)有的資料可以把限制條件描述成以下公式：Ix=I0e-πfμσx]]>其中，I0為半徑無(wú)限大導(dǎo)體表面的渦流密度，f為交流電的頻率，μ為材料的磁導(dǎo)率，σ為材料的電導(dǎo)率，Ix為距離導(dǎo)體表面x深度處的渦流密度。從該公式可以看出:隨著深度的增加用電渦流來(lái)測(cè)量缺陷的可靠程度將會(huì)變得越來(lái)越低。δ=1πfμσ]]>其中，δ為趨膚深度，f為交流電的頻率，μ為材料的磁導(dǎo)率，σ為材料的電導(dǎo)率。通常，檢測(cè)對(duì)象的材質(zhì)不會(huì)發(fā)生大的改變，所以電導(dǎo)率σ、磁導(dǎo)率μ當(dāng)作不變，通常把導(dǎo)體表面3δ處的位置作為渦流檢測(cè)的極限位置。通過(guò)一些基于頻譜脈沖渦流檢測(cè)的研究可知頻譜的幅值和亞表面缺陷深度呈指數(shù)的關(guān)系?；谶@些材料可以確定亞表面缺損檢測(cè)的特征數(shù)據(jù)和亞表面缺陷深度的關(guān)系為：y＝αdβ+γ其中，y表示為渦流傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)，d為亞表面缺陷深度，β表示為電渦流檢測(cè)參數(shù)，γ表示不確定狀況均衡參數(shù)。參數(shù)β、γ可以通過(guò)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘的數(shù)學(xué)方式計(jì)算得到。最小二乘的數(shù)學(xué)模型如下：將一批N個(gè)已知缺陷深度為di(i＝1,2,3,…,N)采用電渦流傳感器獲得的特征數(shù)據(jù)為yi代入如下函數(shù)g。ming=Σi||yi-αdiβ-γ||2⇒∂g∂β=0∂g∂γ=0∂g∂α=0]]>綜上所述，通過(guò)如上方法可以獲得兩種檢測(cè)方式下的預(yù)估深度。x=α1d+α2y=αdβ+γ⇒du=x-α2α1de=y-γαβ]]>其中，du表示一塊未知缺陷深度的亞表面材料通過(guò)超聲檢測(cè)傳感器獲得特征數(shù)據(jù)為x時(shí)，所估計(jì)的缺陷深度。de表示一塊未知缺陷深度的亞表面材料通過(guò)渦流檢測(cè)傳感器獲得特征數(shù)據(jù)為y時(shí)，所估計(jì)的缺陷深度。但是在實(shí)際的處理過(guò)程中，還會(huì)出現(xiàn)一種中間情況:即測(cè)試同一個(gè)樣本時(shí)，數(shù)據(jù)落在了介于中間區(qū)間的范圍內(nèi)，此時(shí)任何一種的測(cè)量方法都是不準(zhǔn)確的。但是，任何一種方案都是有較高參考價(jià)值的情況下，則就此情況給出額外的沖突決策模型。本發(fā)明提出了一種雙曲判別模型如下：j(du,de)=1-e-θ1(du-θ3)1+e-θ1(du-θ3)-1-e-θ2(de-θ3)1+e-θ2(de-θ3)]]>其中，du和de表示運(yùn)用兩種檢測(cè)方法獲得的亞表面缺陷深度定量評(píng)估數(shù)值。θ1、θ2、θ3表示多維檢測(cè)方式的判別參數(shù)。通過(guò)這個(gè)判斷模型可以較為容易得得出：在基于最大化準(zhǔn)確測(cè)定概率的決策方式，可以通過(guò)以下的判別模型來(lái)求得估計(jì)深度。其中d代表在對(duì)應(yīng)的獨(dú)立超聲波檢測(cè)模型或者渦流檢測(cè)模型根據(jù)輸入特征值求得深度：通過(guò)幾次迭代后，求得各個(gè)區(qū)間所對(duì)應(yīng)的深度數(shù)值。均在下列情況中給出。判別模型①：當(dāng)d偏向于較深的位置(在3.6mm以上)時(shí)，趨向于1而后者通常都會(huì)趨向于0，這樣就可以根據(jù)這個(gè)類似于階躍函數(shù)的模型推斷出此時(shí)的狀況為超聲波檢測(cè)結(jié)果有效，而渦流檢測(cè)結(jié)果無(wú)效。判別模型②：當(dāng)d偏向于較淺的位置(在2.8mm以下)時(shí)，趨向于1而前者通常會(huì)趨向于0，根據(jù)這個(gè)性質(zhì)j(du,de)→-1，推斷出此時(shí)的狀況為超聲波檢測(cè)結(jié)果無(wú)效，渦流檢測(cè)結(jié)果有效。判別模型③：當(dāng)d在深度上沒(méi)有特別的趨向(在2.8mm～3.6mm)時(shí)，在此種情況下無(wú)論d是如何分布的，其j(du,de)的絕對(duì)值都不會(huì)太大。即在此種情況下不再使用單一的渦流檢測(cè)或者超聲波檢測(cè)的模型。所以給出如下所示的中間不確定狀況均衡模型:G(du,de)=1-e-θ1(du-θ3)1+e-θ1(du-θ3)x+1-e-θ2(de-θ3)1+e-θ2(de-θ3)y]]>其中，G(du,de)表示均衡后的缺陷深度，即檢測(cè)結(jié)果；x與y分別是兩種檢測(cè)方式下獲得的特征數(shù)據(jù)，θ1、θ2、θ3表示多維檢測(cè)方式的判別參數(shù)，通過(guò)最小二乘的計(jì)算方式獲得。渦流檢測(cè)和超聲檢測(cè)的模型的有機(jī)結(jié)合，利用模型預(yù)測(cè)的偏差程度，結(jié)合概率博弈理論，推測(cè)出兩種檢測(cè)方法的可靠區(qū)間。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3